浅析ETC门架系统

郑宏斌

（安徽省高等级公路工程监理有限公司，安徽 合肥 230000）

1 ETC门架系统建设背景

随着我国深化收费公路体制改革的不断推进，收费公路相关问题如降低过桥成本，有效控制客货车审批不合规，随意收费、随意罚款等等得到了进一步的解决。现阶段已经基本取消国道、省际快车实现快速直通收费，拥堵程度得到有效的缓解。随着电子不停车快捷收费（ETC）技术的大规模推广，全国支线公路收费站在2019年底已经基本取消，不停车快速收费已经基本实现，拥堵现象明显减少，为群众提供方便的总体建设已经初步目标。

2 总体架构

全国联网收费系统框架由收费公路联网结算管理中心（以下简称“部联网中心”）、省联网结算管理中心（以下简称“省联网中心”）、省内区域/路段中心、ETC门架、收费站、ETC车道、ETC/MTC混合车道等组成。

本文将重点介绍ETC门架系统的构成，以及在联网收费系统中的作用。

3 ETC门架系统的功能及构成

3.1 ETC门架系统的构成

3.1.1 ETC门架的设置原则

1）在改变交通流（例如入口/出口匝道、交叉路口）前，在路段设置ETC桥梁；2）在省界设置ETC门架时，必须分别由两个相邻省份设置；3）ETC门框应置于直线段出入口匝道末端与十字路口，直线距离应该在1.5km～3km之内，不符合要求的路段可结合具体情况予以调整；4）ETC关口站框架的布局应尽量避免频率接近5.8GHz的干扰源。；5）在达成ETC门架功能要求的基础上，应综合考虑安放场地的选择，优先选择电源、安装、接线合适的场地，并尽可能靠近施工现场附近的收费站房；6）避开交通拥堵厉害的路段、避开背光等干扰，以便准确识别车牌图像；7）其位置需要尽可能离高速公路主线还有相邻的非收费公路远一些。

3.1.2 ETC门架系统布局

ETC门架系统系统由上下双向龙门组成。上下双向门架应向后错开，距离不宜小于30m，且不宜过远。省界ETC门架系统设置在省界的ETC门架系统，上、下行方向各设置两个门架。路段ETC门架系统设置在非省界的路段ETC门架系统，上、下行方向各设置一个门架。

3.1.3 ETC门架系统构成

ETC门架系统包括的设备、设施主要有：车道控制器、RSU、车牌图像识别设备（含光补偿设备）、高清全景摄像机、站级服务器、防雷接地设施、通信设备、电源设备、北斗授时设备，现阶段，我省对车道控制器、RSU、车牌图像识别设备、高清全景摄像机等关键设备都采用冗余设置，提高可靠性。

3.2 ETC门架系统的功能

ETC门架系统当中的功能主要有：1）其交易处理流程对OBU单、双芯片OBU以及CPC卡均支持。其加解密运算用的是国产SM4对称密码算法，同时也支持符合JR/T 0025规定的算法DES与3DES；2）所有通行车辆（含ETC、MTC车辆在内）的车牌颜色与号码均可在系统中被自动识别出来，再经过人工核对修正后，将识别出来的一切相关信息，以二进制图片的形式，做流水记录，并存入站级服务器当中；3）对ETC车辆分段予以计费扣费，输出ETC交易流水（也就是通行凭证），一旦未能成功扣费，需要输出相应的ETC通行记录。对ETC交易流水、输出的通行记录、以及图像流水记录做匹配，再手动进行核对修正；找出没能成功扣费车辆的图像记录，并报送省联网中心以及部联网中心；4）实现MTC车辆分段计费。CPC卡可以提供相关信息，可以接受更新后的信息，同时生成CPC卡使用记录。系统自动匹配CPC卡流量记录和图像流量记录，可由人工核对修正，筛选出计费失败MTC车辆的图像流水记录，及时报送给省网中心跟部网中心；5）ETC门架必须配备卸重机构，让同一车辆只能形成一个流量或一条记录，同一辆车不仅有OBU还要有CPC卡，只生成CPC卡通行记录，并上传至省联网中心系统和部联网中心系统。如果同一车辆在同一ETC门架系统内，连续生成ETC交易流水、通行记录、CPC卡通行，或者是图像流水记录，不仅要将重复的流程以及记录做删除处理，还要报送给省网中心和部网中心；6）具有自检功能、程序和应用也可以在线更新，可实时向省网中心和部网中心上报ETC门架系统及设备信息，即车道控制器CPU占用率、内存占用率、硬盘占用率，关键设备在线、工作状态，包括机柜温、湿度，供电状态以及网络状态等；7）接收省网中心发布的ETC门架系统参数并予以更新；8）与北斗授时时钟保持同步；9）关键设备（如RSU以及车牌图像识别等）要求做冗余设计，使其能全天持续工作；10）应用信息的存储应具有备份与容错机制。它最多可存储180d的图像、30d的视频；11）在通信网络故障时，应能独立工作，允许离线运行。此时，全部操作数据均允许本地存储。等到网络恢复的时候，被暂时扣留在本地的数据就会马上自动报送给省网中心与部网中心，从而使数据完整、一致、可靠、真实，为数据的确定性与安全性提供保障；12）具备最基本的防雷保护还有接地保护，在防雷击方面和防浪涌冲击方面，具备满足要求的能力，为人员和相关设备的安全提供保障。能实现基本的防雷保护效果以及接地保护效果。

4 ETC门架系统通信传输

4.1 安徽省高速公路通信网络现状

1）核心层现状：核心层以合肥绕城高速环线光缆及市政光缆租赁组建，选取安徽省交通控股集团皖通大厦及及其机场高速信息中心、合肥处（位于金寨路）、肥东、北环处（位于双墩）五个节点组建2*10GE分组传输环网。核心层传输环网主要用于业务调度，设备采用华为PTN3900和PTN3900-8。

2）汇聚层现状：汇聚层采用10GE分组传输环网，根据安徽省交通控股集团有限公司22个管理处（公司或中心）所处地理位置进行划分，共组建8个汇聚环网：东北汇聚环网、西南汇聚环网一、西南汇聚环二、西南汇聚环三、南汇聚环一、南汇聚环二、东南汇聚环一及东南汇聚环二。

4.2 通信系统方案

1）站-部通信传输方案：ETC门架数据、视频通过专用链路传输至就近实体收费站服务器，经过服务器处理后，各实体收费站设置4G无线终端设备，通过虚拟专网的接入方式 将数据及ETC门架全景监控视频实时传输到运营商的物联网平台，然后通过数据专线传输至部联网中心机房。我省的站部主备通信链路均采用运营商物联网方案，4G无线主用链路运营商为中国联通，备用链路运营商为中国电信。

2）站-省通信传输方案：ETC门架系统服务器设置于就近实体收费站。为确保ETC门架数据、视频至就近收费站的传输稳定性、可靠性及实时性，采用主备链路。主用链路传输至就近实体收费站，通过PTN传输至省中心。备用链路为ETC门架系统利用高速公路已敷设光缆将数据及ETC门架全景监控视频实时传输到运营商的物联网平台。

3）特殊情况下的主备切换：①主用链路状态数据走向，站-省传输数据走向：站-高速公路PTN传输网-路段中心（交控集团中心）-省联网中心-部联网中心（特指10.254.6.0/24）.站-部传输数据走向：站-站部4G主链路（联通4G物联网）-部联网中心（10.254.0.0/16）；②备用链路状态数据走向：站-省传输数据走向：站-站省备用4G链路（联通4G物联网）-路段中心（交控集团中心）-省联网中心-部联网中心（特指10.254.6.0/24）.站-部传输数据走向：站-站部4G备用链路（电信4G物联网）-部联网中心（10.254.0.0/16）。主、备切换主要实现当站-省主用链路PTN线路出现断开后（含中间设备），收费广场、收费站、ETC门架数据能自动切换至4G备用链路通信。当PTN线路恢复后又能自动切回主用链路状态下进行通信。当收费站核心交换机5720-1上NQA机制检测到与交控集团中心核心交换机互联的地址出现无法连通的情况下，会联动VRRP机制，自动将所有数据切换至收费站核心交换机5720-2上进行传输，保证ETC门架系统的安全、稳定、可靠的运行。